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作物栽培基质消毒技术及其应用前景--实用技术

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作物栽培基质消毒技术及其应用前景--实用技术

发布日期:2017-08-09 作者: 点击:

雨蔬农业:用技术武装现代农民!

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       作物栽培基质消毒技术已经成为现代设施农业中农作物栽培技术的一项重要内容,利用栽培基质培养出来的农作物产品有着极其丰富的产量优势,而随着栽培基质的应用日益广泛,栽培基质的开发和应用已成为重要的研究领域。在栽培基质使用前,必须预先进行消毒处理,以有效地防止病虫害的滋生与扩散。通过对栽培基质进行消毒处理,能杀死其中的大量的有害病原菌、虫卵,进而防止病虫害传播,改善栽培基质状态,解决设施农业基质连作障碍等问题。基质栽培是最重要的作物栽培方式,目前世界上90%以上的商业性栽培是采用无土基质栽培方式,我国大约也有80%采用基质栽培,并且其所占比例正每年呈逐渐上升的趋势,所以对基质消毒技术的研究仍具有很大的应用空间和前景。


1 基质消毒的概念

      传统的农作物都是生长在土壤中的,而土壤也相当于一种基质,但一般性的土壤是传播病菌、病虫的主要媒介,也是提供病虫生长繁殖的主要场所,许多病菌以及害虫都在土壤中生存,以农作物为食,而且土壤中还常夹杂有一些杂草种子,严重影响作物的良好生长。因此,为了保证农作物的高产和高品质,在使用苗床、盆栽、露地,或是沙石等栽培方式前,都应该对土壤进行彻底消毒。作物栽培基质消毒是关系到作物栽植成败的一项关键性措施。2010 年,张睿等在温室智能装备系列之十七———设施栽培基质消毒装备技术研究中指出:“基质是设施栽培决定植物生长环境的最主要因素之一,也是病虫害传播的媒介和繁殖场所”。栽培基质通过固体基质(介质)固定植物根系,并使之通过基质吸收营养液和氧气。所以,所谓的栽培基质就是指提供作物营养支持和物质供应的固体介质。


2 基质消毒的方法

      目前,基质消毒的方法主要可分为物理消毒法和化学消毒法两大类。


2.1 物理消毒方法

      物理消毒法主要是高温消毒,包括利用太阳能(日光消毒)、蒸汽(蒸汽消毒)、热水(水煮消毒)等方法进行消毒。日光消毒需要日照,且消毒周期长,水煮消毒在水煮后必须烘干和晾晒,其机械化程度不高,移动不方便。


1) 太阳能(日光)消毒。

      太阳能土壤消毒(简称太阳能消毒) 是指在高温季节通过较长时间的太阳照射,藉以杀死土壤中包括病原菌在内的许多有害生物。目前太阳能消毒的方式主要有两种:直接暴晒法和间接加热法。直接暴晒法主要是将配制好的培养土放在干净清洁的混凝土地面、铁皮或是木板上,将之薄薄平摊,连续暴晒3~15 d;间接加热法主要原理是将培养土放置于特定的容器(如塑料薄膜)中,然后再将容器置于太阳底下,利用太阳直接照射到容器上使容器的内部温度逐步升高,达到高温消毒灭菌的目的。李璐提出的太阳能消毒[4]就是采用间接消毒法。太阳能消毒可以杀死大量病菌孢子、菌丝、虫卵、成虫和线虫。

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2) 蒸汽消毒。

      蒸汽消毒是将培养基质放入蒸汽箱中进行消毒。杀毒时把培养土放入蒸笼上锅,加热到60~100℃,持续30~60 min。杀灭细菌、害虫(虫卵)的温度一般在40℃以上,当温度达到50℃时,各发育期的害虫均可在8h 之内杀死。若一些特殊的病毒需要更高的温度才能消灭掉,则消毒的时间需越短越好,如可用100℃以上的饱和蒸汽或过热蒸汽,迅速将织品灭菌消毒。但这种过高温度的缺点是容易使培养基质脱粘、褪色、发脆、散裂等,加热时间不宜太长,否则会杀灭能够分解肥料的有益微生物,因而影响作物的正常发育。还可采用自制消毒柜的方法消毒,即先将一个大汽油桶或箱子等带盖容器改装成蒸汽消毒柜,从柜壁上通入带孔的管子,并与蒸汽炉(暖气锅炉等)接通,把培养基质放入柜(桶)内,打开进气管的阀门,让蒸汽进入基质的间隙,不要封盖太严,以防爆炸,30 min 后可杀灭大部分细菌、真菌、线虫和昆虫以及大部分草种子。


3) 水煮消毒。

      目前国内用户所采用的水煮消毒法,温度一般在80~100℃,时间在30~120 min 左右。消毒的方法很简单,就是把培养土倒入锅内水中进行加热,煮后滤去水分晾干到适中湿度即可使用。由于水煮消毒的方法仍旧无法杀死、消除或充分抑制部分微生物,只能使之在短期内不发生危害作用,而不能清除或杀灭所有微生物(如芽苞等),因此,残存在包装内培养土中的未被杀灭的微生物(如如芽苞等)在适宜的条件下仍然会繁殖。


4) 微波炉消毒。

      微波炉在工作时,微波与光波同时以3×105 km/s 的速度进行里外交错加热,温度可迅速达到120℃,相当于高压蒸汽灭菌的温度。微波炉消毒方便快捷,在对培养基质进行消毒时只需放进微波炉5 分钟左右即可。


5) 火烧消毒。

      对于保护地苗床或盆插、盆播用的少量土壤,可放入铁锅或铁板上加火烧灼,待土粒变干后再烧0.5~2 h,可将土中的病虫全部彻底消灭干净。它可将土壤中的有机物烧成灰分。在露地苗床上,将干柴草平铺在田面上点燃,这样不但可以消灭表土中的病菌、虫和虫卵,翻耕后还能增加一部分钾肥。


2.2 化学消毒法

      化学消毒法主要是药剂消毒,通常利用甲醛、溴甲烷、氯化苦、敌克松等药剂对基质进行消毒。这种消毒方法较为简便,特别是在大规模生产上使用较方便,因此使用很广泛。但对操作人员有一定的副作用,不容易杀灭基质中的杂草种子,且药剂存在环境污染,因而此方法将逐渐被淘汰。

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1) 甲醛(福尔马林)消毒。

      甲醛消毒灭菌的作用机制是凝固蛋白质,直接作用于有机物氨基、巯基、羟基、羧基,生成次甲基衍生物,从而破坏蛋白质和酶,导致微生物死亡。甲醛消毒方法有几种:

      ①每1 m2 用50 mL 的甲醛加水6~12 L,在播种前10~12 d 喷洒在土壤上,并用塑料薄膜覆盖,保持密不通风。在播种前一周揭开塑料薄膜,让药液挥发掉;

      ②在每1 m3 培养土中均匀撒上40%的福尔马林400~500 mL,再进行50 倍稀释,然后用土堆积,盖上塑料薄膜,密闭24~48h 后去掉覆盖物并摊开土壤,等到气体完全挥发后便可使用;

      ③将0.5%福尔马林喷洒床土,拌匀后堆置,用薄膜密封5~7 d,揭去薄膜并待药味完全挥发后使用。若是对沙石类消毒,则可以用50~100 倍福尔马林溶液持续浸泡2~4 h,后用清水冲洗2~3 遍,即可使用。甲醛的杀菌作用受温度、湿度和有机物影响明显,所以使用时要保持一定的温湿环境。


2) 硫磺粉消毒。

      在对葡萄进行消毒时,入窖前要先对窖内进行消毒,按每1 m3、30 g 硫磺粉的比例和干木屑相互混合点燃,使其产生二氧化硫气体杀菌,密闭1~2 d 后,开窖门通风换气,之后还要再熏一次,每1 m3 用4~5 g 硫磺粉与干木屑混合,洒上少量酒精,点燃后密闭1 h,以后每隔10 d 重复熏一次。在翻耕后的土地上对土壤进行消毒时,按每1 m2、25~300 g 的剂量撒入硫磺粉并耙地进行土壤消毒,或在每1 m3 培养土施入硫磺粉80~90 g 并混匀。用硫磺粉进行土壤消毒的好处在于在杀死病菌的同时,又能中和土壤中的盐碱,使其呈酸性反应。因此,该方法多在北方偏碱性土壤中使用。


      3) 石灰粉消毒。石灰粉是碱类物品,遇水产生高温可以把细菌杀死,生石灰(CaO)与水接触后生成熟石灰,有很强的碱性,熟石灰再和水结合后水解出氢氧根离子,作用于病原体能使蛋白质发生变质,从而达到杀菌的目的。在翻耕后的土地上,按每1 m2、30~40 g 的剂量撒入石灰粉进行消毒,或每1 m3 培养土中施入石灰粉90~120 g 进行消毒,充分拌匀。与硫磺粉相反,用石灰粉进行土壤消毒,既可杀虫灭菌,又能中和土壤的酸性,因此,该方法多在南方针叶腐殖质土中使用。


      4) 多菌灵消毒。每1 m3 培养土上施50%多菌灵粉剂40 g,拌匀后用塑料薄膜覆盖2~3 d,揭去薄膜后待药味挥发掉再使用。


      5) 五氯硝基苯混合剂消毒。五氯硝基苯混合剂,是以五氯硝基苯作为主要原料,并加入代森锌或苏代911、敌克松等配成的混合剂,其配比一般为五氯硝基苯占3 份,其他药为1 份。每1 m2 用量为5 g 左右,与细沙混匀施入播种沟,播后用药土覆盖种子。


      6) 敌克松消毒。敌克松对某些水生霉菌、疫霉菌和腐霉菌有较好的灭杀效果。每1 m2 用量约在4~6g之间,其使用方法与五氯硝基苯混合剂基本一致,或每1 m2 苗床撒施20 g、70%的敌克松粉剂,施后轻耙覆盖一次。


      7) 硫酸亚铁(又称黑矾)消毒。一般可用粉剂,也可用其水溶液进行消毒。在雨天用细干土加入2%~3%的用硫酸亚铁制成的药土按每1 m2、100~220 g 撒入土中,或将硫酸亚铁配成2%~3%的溶液,并每1 m2用9 L 进行土壤消毒。


      8) 甲霜灵、代森锰锌消毒。每1 m2 苗床用25%甲霜灵可湿性粉剂9 g,加70%代森锰锌可湿性粉剂10 g 兑细土4~5 kg 拌匀,用其1/3 撒在种子下面,即撒即播种,播种后用剩下的2/3 盖在种子上面。


      9) 氯化苦消毒。将培养土或基质层层堆放,每层20~30 cm,每堆一层按照每1 m2、50 mL 的量均匀地撒布氯化苦,最高堆3~4 层,快速堆好后,用塑料薄膜盖好密闭。气温连续10 d 保持20℃以上,15 d 保持20℃以上,然后揭去薄膜,并多次翻动,使氯化苦充分分散尽即可使用。


      10) 百菌清消毒。用百菌清消毒时每1 m2 用1 g、45%的百菌烟剂熏棚5 h。


      11) 辛硫磷和敌百虫消毒。土壤虫害较为严重时,可用50%的辛硫磷0.1 kg,加饵料10 kg 制成毒饵,撒在苗床上进行诱杀;也可用90%敌百虫晶体0.5 kg,加饵料50 kg 制成毒饵,撒在苗床上进行诱杀。


      在药剂组合方面,龙国等在研究基质消毒对脱毒马铃薯原原种生产中疮痂病的防效过程中采用药剂组合和单用硫磺粉5 个用量水平的两类组合处理对单位体积连作松针土基质进行了熏蒸消毒实验。实验结果表明:每1 m3 用药剂组合加上硫磺粉5 个用量水平均比单用硫磺粉对应用量水平的发病率低,硫磺粉水平用量为20~80 g/m3 时,随用量增加防治效果渐好,但用量达80 g/m3 之后,结薯个数显著低于其他水平。此外,还有一些物理和化学的消毒方法也已经被采用。


3 基质消毒装备

      目前基质消毒装备的研究主要集中于蒸汽消毒法。在20 世纪50 年代,英国就有关于蒸汽消毒法详细的研究数据。蒸汽消毒设备主要分为牵引式、自走式和车上搭载式。此外,研究人员按照每小时蒸汽蒸发量不同和大小型机重,研发了各类型号的适用蒸汽消毒装置。在日本还有专用的移动式全自动蒸汽消毒机生产,日本蒸汽基质消毒机大体分为两类:一类是带消毒箱,其下部为蒸汽室,上部为基质室,主要用于育苗、盆栽;另一类不带蒸汽室,工作室是把带孔的管子埋在基质中,向管道通入蒸汽。


     在国内,也曾使用过蒸汽消毒法防治枯萎病、黄萎病、根腐病、根结线虫,并取得了很好的防效。浙江大学蒋焕煜、王竣设计了一种移动式基质蒸汽消毒机,其原理主要是基质通过基质输送机输送至移动小车,蒸汽锅炉产生的高温高压蒸汽通过蒸汽管通入消毒小车,达到对基质进行高温蒸汽消毒的目的。但是,由于国内对蒸汽消毒技术掌握的水平还不够好,研究的知识还很缺乏,在实际生产中,国内的无土栽培基质消毒基本上还是得依靠人工进行操作,效率低下,安全性差,易对操作者产生不良影响,且对环境影响大。采用进口的基质消毒设备,也存在着设备价格昂贵、占地面积大、售后服务无法保证等弊端。


      欧长劲等开发了一种蒸汽—热风混流消毒设备,对设备中基质与混流气体之间的传热过程进行了分析,通过与蒸汽—热风的混流气体进行充分的热交换,使基质达到高温状态,实现对栽培基质的消毒。基于CFD 技术建立了基质颗粒在升举和撒落运动阶段的传热过程模型,得到了采用滚筒式消毒室结构和高温蒸汽热风混流气体进行基质消毒可提高消毒生产率和消毒效果的结论。包应时,吴晓莲设计制造了一种移动式基质消毒设备,并对该样机消毒的基质进行检测,结果表明:能杀死当地设施园艺基质中的病菌、虫卵、害虫和杂草种子,并能满足当地设施园艺种植的要求。彭桦提出了用硬质微波炉容器(玻璃、陶瓷)进行消毒的方法,可消毒家庭栽花用腐叶土、堆肥土、泥炭土等盆栽基质,效果良好。林善斌[13]利用臭氧快速彻底灭菌,设计了一款具有结构简单、省工省时、低成本优质灭菌和安全卫生等优点的消毒灭菌装置。姜小文、周仁贵、孙鹿鸣[14]设计的一种基质杀菌消毒装备能有效地解决设施换土、重茬、根结线虫病等土传达式病害问题。


4 研究与发展方向

      目前为止,总体来说,国内作物栽培基质消毒技术的研究与发展同发达国家相比还处于较低水平,随着我国对农业的不断重视和加大投入,基质消毒技术的研究和发展也日渐迫切,所以它具有十分广阔的空间。而其主要不足是基质消毒技术的应用推广还不够广泛全面,消毒技术的研究还有待于进一步拓展,应及时研究推出往绿色高效的消毒以代替化学品消毒的方向发展的新产品;研究的消毒装备还不多,很多装备作用单一,所以,多功能、多品种处理装置是今后发展的一大方向。


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